剩余污泥资源化利用新工艺研究进展

doi:10.7541/2017.143剩余污泥资源化利用新工艺研究进展李娟1,2肖恩荣2吴振斌2(1.武汉理工大学资源与环境工程学院,武汉430070;2.中国科学院水生生物研究所,淡水生态和生物技术国家重点实验室,武汉430072)摘要:随着城市化进程加速,污水处理厂剩余污泥大量产生,如何对其进行处理并有效资源化利用成为广泛关注的问题。文章在综述我国城市污水处理厂剩余污泥特征、相应处理与综合利用方法的基础上,进一步综述了污泥干化芦苇床、人工湿地、微生物燃料电池以及相关组合工艺等剩余污泥资源化利用新工艺。总结了各种新工艺的优势以及当前尚未解决的关键问题,对未来新工艺的潜在应用进行了展望,以期开发出低能耗、低成本、高效率、绿色生态的技术,真正实现剩余污泥的减量化、无害化、稳定化和资源化。关键词:剩余污泥资源化;污泥干化芦苇床;人工湿地;微生物燃料电池中图分类号:X171.4文献标识码:A文章编号:1000-3207(2017)05-1149-08剩余污泥是在污水生物处理系统中排放的污泥,由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体[1]。剩余污泥作为城市污水处理厂污水处理的副产物,成分复杂,除了含有重金属、病菌等有害物质,还含有大量的有机物质、氮磷钾等植物所需的营养元素[2],如果不加任何处理,不仅造成资源浪费,还会污染环境。随着城市化进程的加快,污泥量的增速越来越快,如果只进行简单的处理将引起严重的二次污染,给环境综合治理工作带来新的难点。如何将产量巨大、含水率高、成分复杂的污泥进行合理的处理处置,使其减量化、无害化、稳定化,最终达到资源化,越来越受到人们的广泛关注。1剩余污泥特征与常规处置、利用方式表1列举出了污泥的特征与处理处置方法、利用途径之间的关系。剩余污泥的特征主要体现在物理、化学性质和微生物学特性3个方面。在物理性质上,主要表征为含水率、热值等。为使含水率降低,多数采用压滤、离心等机械脱水方式,使含水率降低到70%—85%[3]。而干化污泥热值的利用,往往是通过焚烧工艺来实现,同时可彻底碳化有机物、杀死病原体。焚烧工艺占地面积小,自动化水平高,不受外界条件影响,但投资、运行成本高,技术难度大,多用于大城市、用地紧张的地区。根据污泥焚烧应用的案例来看,焚烧工艺可大致分为2类:单一焚烧和混合焚烧。从经济性和安全方面考虑,单一焚烧是比较具有优势的方式。虽然设备投资较大,但能充分利用污泥本身的热能,降低能耗和运行费用。污泥在焚烧过程中,对有机物的燃烧温度要求较高,如果低于850℃,会产生二鰁英等剧毒物质[10]。焚烧过程中的热能可用于发电,焚烧后的灰分成分与黏土相似,可用于建材利用。美国马里兰大学等科研院所利用剩余污泥研制出生物砖[11],日本先后引进了污泥焚烧制砖技术,建造了一座11×107kg/年的生态水泥厂[12]。但在用于建材方面时,要考虑重金属浸出率及放射性污染物、有机污染物的二次污染。在化学性质上,更多考虑的是回收利用其中的可用资源,如通过堆肥技术可将剩余污泥中的有机质、氮磷钾等植物营养元素利用为肥料。堆肥技术以土地利用为目的,是污泥稳定化、无害化的重要手段,是第41卷第5期水生生物学报Vol.41,No.52017年9月ACTAHYDROBIOLOGICASINICASep.,2017收稿日期:2016-10-21;修订日期:2017-03-10基金项目:国家自然科学基金(51308530);湖北省自然科学基金(2015CFB558)资助[SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(51308530)andNaturalScienceFoundationofHubeiofChina(2015CFB558)]作者简介:李娟(1990—),女,湖北石首人;硕士研究生;主要研究方向为剩余污泥资源化。E-mail:717785245@qq.com通信作者:肖恩荣,E-mail:erxiao@ihb.ac.cn在有控制的条件下,加入一定比例调节剂,利用微生物的作用将有机物氧化分解稳定,同时杀灭病原微生物及寄生虫卵。堆肥技术投资费用为230—320元/kg,每天的运行费为0.08—0.18元/kg,是一种经济的处置方式[13]。堆肥后的产品含有较稳定的腐殖质,可作为肥料、土壤改良剂等,不仅可以减少化肥使用,还可以提高作物产量,但必须满足《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)[14]。剩余污泥因包含寄生虫卵、致病菌等有害生物,主要通过消化、焚烧、石灰稳定等方法来杀灭后再利用[15]。卫生填埋是剩余污泥最常规的处理方法,是把污泥当做垃圾进行处理,倾倒于垃圾填埋场坑体内,通过防渗、压实、覆盖对污泥处理,同时治理气体、渗滤液等。该方法简